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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken, insbesondere Hochofenschlacken, mit Wasser sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens umfassend einen Schlackenbehälter für flüssige Schlacke, welcher eine Austritts- öffnung für die flüssige Schlacke aufweist.
Ein Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von schmelzflüssigem Material ist beispielsweise in der AT-B 400 140 beschrieben. Bei dieser bekannten Verfahrensweise wurde Schmelze In eine Mischkammer unter Druck eingebracht, wobei in die Mischkammer Druckwasserdampf oder Wasser-Dampf-Gemische eingedüst wurden. Eine Ausbildung für die Durchführung dieser Verfahrensweise umfasste eine Mehrstoffdüse, wobei bedingt durch die rasche Expansion ein Druck aufgebaut wurde, der über einen Diffusor zum Ausstoss der erstarrten Partikel führte.
Die kinetische Energie der Teilchen wurde zur Zerkleinerung genutzt, wofür im Anschluss an den Diffusor beispielsweise Prallplatten angeordnet wurden oder aber der Austrittsstrahl des Diffusors gegen den Austrittsstrahl eines weiteren Diffusors gerichtet wurde
Neben dem Wassergranulieren sind auch bereits Verfahren vorgeschlagen worden, bei weichen die Schlacken auf eine geringe Schlackenhöhe bzw. -dicke aufgebreitet wurden und mit Luft oder Pressluft erstarrt wurden.
Mit diesen bekannten Verfahren sind Granulate mit Korngrössen von etwa 2 bis 6 mm erzielt worden, sofern der anlagentechnische Aufwand und insbesondere die Grösse der Anlage nicht überproportional ansteigen soll. Für die weitere Zerkleinerung des Materials wurden unterschiedliche Mühlentypen und insbesondere bereits Strahlmahlen vorgeschlagen. Voraussetzung für die Verwendbarkeit von Strahlmühlen ist allerdings, dass das Granulat in einer pneumatisch förderbaren Form vorliegt.
In der österreichischen Anmeldung A 1826/97 wurde bereits vorgeschlagen, die flüssige Schlacke durch einen Schlackenzerstäuber zu fördern, in welchem die flüssige Schlacke mit Druckwasser beaufschlagt wurde. Die flüssige Schlacke gelangte hiebei aus einem druckfesten Raum im freien Fall in den Bereich des Schlackenzerstäubers und wurde durch im wesentlichen radial gerichtetes Druckwasser granuliert. Das auf diese Weise erzeugte Granulat wurde gemeinsam mit Dampf sowie gegebenenfalls zusätzlichem Dampf oder zusätzlichen Treibgasen unmittelbar in eine Gegenstrommühle gefördert. Auch nach einer derartiger Ausbildung wurde die eigentliche Zerkleinerungsarbeit in der Mühle geleistet, wobei die flüssige Schlacke in einen druckfest verschliessbaren Behälter eingebracht werden musste bevor sie im freien Strahl in die Granulierenrichtung verbracht werden kann.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die Handhabung der Schlacke wesentlich vereinfacht wird und mit konventionellen Einrichtungen im Bereich der Schlackenaufgabe das Auslangen gefunden werden kann.
Gleichzeitig zielt das erfindungsgemässe Verfahren darauf ab, auf geringem Raum eine hohe Zerkleinerungsleistung bereits bei der Granulation sicherzustellen, und ein Granulat zu schaffen, welches mit geringerer weiterer Energie gemahlen bzw. weiter zerkleinert werden kann als dies bei konventionellen Granulaten der Fall wäre.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen darin, dass in die Schlacke ein Druckwasserstrahl gerichtet wird und die Schlacke als Mantel des Druckwasserstrahles ausgestossen wird. Dadurch, dass die Schlacke ohne vorheriges Einbringen in ein druckfestes Gefäss in einer Schlackenrinne oder Schlackenpfanne vorliegt, gestaltet sich die Hand- habung der Schlacke im Vergleich zu bekannten Vorschlägen im wesentlichen einfacher, wobei dadurch, dass in die Schlacke koaxial mit dem Schlackenaustritt aus dem Schlackenbehälter ein Druckwasserstrahl eingepresst wird, der Wasserstrahl über eine dem Druck entsprechende Strecke von beispielsweise etwa 0, 5 bis 1, 5 m tief in den Schlackenstrahl eintaucht.
Es wird auf diese Weise über die Wasserstrahl-Eindring-Strecke eine Art "Wasser-Seele" ausgebildet, wobei die Verdampfung dieser Wasser-Seele mit einer kurzen Verzögerung eintritt, welche ausreicht, den mit erstarrender oder zumindest teilweise erstarrter Schlacke ummantelten Strahl auszubringen.
An einen derartigen Austrag werden relativ geringe mechanische Anforderungen gestellt, wobei der Schlackenaustritt im Vergleich zu komplizierten Mehrstoffdüsen wesentlich einfacher gestaltet werden kann. Unmittelbar im Anschluss an den Austritt des mit einer "Wasser-Seele" ausge- brachten Schlackenstrahles setzt nun das Sieden sowie die schlagartige, explosionsartige Ver- dampfung des Wassers ein, wobei die Kinetik des eingedrungenen Wasserstrahles relativ hohe
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Gegendrücke überwindet. Bei der explosionsartigen Aufweitung des Strahles bei Temperaturen von etwa 800 bis 12000C wird ein hohes Mass an Zerkleinerung bei gleichzeitig glasiger Erstarrung des Granulates gewährleistet.
Der erfindungsgemässe Effekt kann noch dadurch verbessert werden, dass, wie es einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens entspricht, in der Schlacke vor dem Ausbringen mit dem Druckwasserstrahl Gase, insbesondere Oz, Luft und/oder Sauerstoff-Inertgasgemische gelöst werden und dass Eisenanteile der Schlacke quantitativ oxidiert werden. Zu granu- lerende Hochofenschlacke weist in der Regel einen geringen Restroheisengehalt auf, welcher bei korrekter Verfahrensführung unter 0, 5 Gew.-% liegt. Bei unsachgemässer Führung des Hochofenbetriebes kann aber der Roheisengehalt auf bis zu 5 Gew.-% ansteigen. Die Oxidation von Eisenanteilen durch Sauerstoff bzw.
Luft verringert hiebei die Gefahr von Explosionen durch Wasserstoffgasbildung, wobei zusätzlich durch die Löslichkeit von Gasen in der Schlacke und insbesondere durch die Sättigung der Schlacke mit Gasen eine bedeutende Verbesserung des Zerkleinerungseffektes eintritt. Die Löslichkeit von Gasen nimmt mit fallender Schlackentemperatur stark ab, sodass im Bereich der schlagartigen Abkühlung durch den Druckwasserstrahl zusätzlich eine explosionsartige Entmischung der gelösten Gase durch die sinkende Schlackentemperatur und damit die rasche Abnahme der Sättigungskonzentration von Gasen in der flüssigen Schlacke beobachtet wird. Die auf diese Weise aus der sich verfestigenden Schlacke freigesetzten Gase expandieren aufgrund der relativ hohen Temperaturen heftig, wodurch eine verbesserte Desintegration der Schlackenpartikel beobachtet wird.
Beispielsweise entstehen bei Umgebungsdruck und 1000oC durch eine derartige Freisetzung von gelöster Luft etwa 11, 2 m3 Luft bzw. Stickstoff/t Schlacke, wobei der innere Schlackengasdruck vermutlich einige 100 bar bis über 1000 bar betragen kann. Insgesamt wird auf diese Weise unmittelbar eine Schlackenpartikelgrösse von durchwegs unter 0, 1 mm erzielt, wobei eine derartige Schlacke zu allem Oberfluss aufgrund ihrer Porosität durch die schlagartig freigesetzten und ursprünglich gelösten Gase in der Folge mit geringerem Aufwand und geringerem Energieverbrauch weiter zerkleinert werden kann.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemässe Verfahren so durchgeführt, dass das Druckwasser unter einem Druck von 35 bis 160 bar eingebracht wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die "Wasser-Seele" über eine Länge ausgebildet wird, welche ausreicht, dass der ummantelte Strahl den Auslassteil des Schlackenbehälters bzw. eines Schlackentundish sicher verlässt und der Auslassteil vor übermässiger mechanischer Beanspruchung geschützt wird.
Eine weitere Verbesserung der Zerkleinerungswirkung und der Granulation lässt sich dadurch erzielen, dass der erstarrte Mantel der den Druckwasserstrahl umgebenden Schlacke mit weiterem Druckwasser zerschnitten bzw. zerteilt wird.
Prinzipiell kann durch die erfindungsgemässe Verfahrensweise unmittelbar ein pneumatisch förderbares Gemisch erzielt werden, sodass im Anschluss an die Expansion der Schlackenpartikel durch Sammeln dieser Schlackenpartikel gemeinsam mit den expandierenden Gasen in einem Expansionsgefäss eine Mischung bereitgestellt wird, welche unmittelbar in Gasgegenstrommühlen eingebracht werden kann und einer weiteren Zerkleinerung zugeführt werden könnte. Als Treibgas kommt hiebei der sich bildende Dampf gemeinsam mit den durch Entgasung entstehenden, ursprünglich in der Schlacke gelösten Gasen zum Einsatz. Insbesondere bei Verwendung von zusätzlichen Druckwasserstrahlen zum Zerschneiden bzw.
Zerteilen des Strahles gestaltet sich auch das Dichtungsproblem zwischen einem angeschlossenen Expansionsgefäss und einem Schlackentundish besonders einfach, da hier eine Dichtung nach Art einer pneumatischen Dichtung ausgebildet werden kann und verbleibende Undichtheiten als Drosselquerschnitte unter Berücksichtigung der hohen Drucke eine effiziente Abdichtung ermöglichen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zum Granulieren von flüssigen Schlacken, insbesondere Hochofenschlacken, mit Wasser, mit einem Schlackenbehälter für flüssige Schlacke, welcher eine Austrittsöffnung für die flüssige Schlacke aufweist, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass in die Achse der Schlackenaustrittsöffnung eine Lanze mündet, sodass die flüssige Schlacke mit über die Lanze eingebrachtem Druckwasser oder Dampf ausgestossen wird. Die für das Einbringen von Druckwasser vorgesehene Lanze kann als Düsenlanze ausgebildet sein, wobei es lediglich erforderlich ist, das Druckwasser in einer Weise einzuspeisen, dass die eingangs genannte "Wasser-Seele" im Bereich des Schlackenaustrittes ausgebildet wird.
In besonders einfacher Weise kann dies dadurch erzielt werden, dass der Schlackentundish einen rohrförmigen, ggf.
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austauschbaren, Auslassteil mit der Schlackenaustrittsöffnung aufweist.
Zur weitestgehenden Sättigung der flüssigen Schlacke mit Gasen und zur quantitativen Oxidation von Resteisenanteilen ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, dass der Schlackenbehälter als Schlackentundish ausgebildet ist und dass an der tiefsten Stelle des Schlackentundish Düsen für Luft, Sauerstoff und/oder Sauerstoffllnertgasgemische vorgesehen sind.
Zur weiteren Zerkleinerung und Erhöhung der Abkühlungsgeschwindigkeit können in besonders vorteilhafter Weise an dem rohrförmigen Auslassteil Ringdüsen für das Einpressen von Wasser undloder Dampf in radialer oder zur Achse des rohrförmigen Teiles in Richtung zum Auslassende geneigter Richtung vorgesehen sein.
Eine weitere Verbesserung der Abkühlungsparameter und der Zerkleinerungswirkung lässt sich dadurch erzielen, dass an den Auslassteil ein Expansionsgefäss angeschlossen ist, wobei vorzugsweise in das Expansionsgefäss weitere Düsen für das Einbringen von Wasser oder Dampf in radialer und/oder tangentialer Richtung münden. Derartige in ein Expansionsgefäss mündende Düsen können im Falle einer Einmündung in radialer Richtung unmittelbar der weiteren Zerkleinerung und dem Zerschneiden des Schlackenstrahles dienen, wobei bei einer Einmündung der zusätzlichen Düsen in tangentialer Richtung eine Art Zykloneffekt ausgeübt werden kann, wodurch der zur Verfügung stehende Reaktionsraum für die Abkühlung besser genützt werden kann.
Dies hat zur Folge, dass man die Einrichtung insgesamt kleiner bauen kann und dennoch die gewünschte Abkühlung in dem geforderten Ausmass sichergestellt ist.
In besonders einfacher Weise ist für die weitere Zerkleinerung die Austragsöffnung des Expansionsgefässes mit einer Mühle verbunden, wobei in einfacher Weise die nachgeschaltete Mühle koaxial zur Austrittsöffnung des Expansionsgefässes einen als Schleuderrad ausgebildeten Rotor, eine Prallplatte oder eine Gegenstromdüse für Dampf und/oder Mahlgut aufweist.
In Vergleichsversuchen hat es sich gezeigt, dass eine auf die erfindungsgemässe Weise schlagartig entgaste Schlacke eine bedeutend geringere spezifische Mahlarbeit als nicht gasbehandelte Schlacken erfordert. Bei einer Zielfeinheit von etwa 6500 Blaine benötigt beispielsweise eine "gasfreie" Schlacke eine spezifische Mahlarbeit von ca. 120 KWh/tschlacke. Die auf die erfindungsgemässe Weise zunächst mit Gas gesättigte und im Anschluss entgaste Schlacke erfordert für die gleiche Mahlfeinheit unter 50 KWh/tschlacke.
Oberraschenderweise wurde weiters gefunden, dass im Falle von Mischzement beim Einsatz von etwa 60 Gew-% Schlacke und 40 Gew.-% Klinker sowie Gips die im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens granulierte und zerkleinerte Schlacke zu einer erhöhten Anfangsfestigkeit gegenüber konventionell granulierten Schlacken führt.
Mit Rücksicht auf die hohen, bei der Expansion entstehenden Drücke kann ein Grossteil des Druckes in der Folge in Gegenstrommühlen abgebaut werden. Strahlmühlen sind somit eine bevorzugte Variante der Verwendung des erfindungsgemäss hergestellten Granulates, wobei im Rahmen derartiger Strahlmühlen zusätzliche Massnahmen zur Energierückgewinnung gesetzt werden können. Insbesondere ist es möglich, im Mahlraum unter unteratmosphärischem Druck zu arbeiten, wenn der eingebrachte Wasserdampf extern kondensiert wird, wodurch die rasche Druckabsenkung erzielt werden kann. Neben der Verwendung von Prallplatten ist, wie oben erwähnt, die Ausbildung der Prallfläche als Schteuderrad besonders vorteilhaft, wobei der als Schleuderrad ausgebildete Rotor selbst wiederum zur Energiegewinnung herangezogen werden kann.
Die gegebenenfalls noch verbleibende Oberkorngrösse kann beispielsweise über einen Sichter oder einen Zyklon abgetrennt werden, wobei Grobkorn in das Verfahren und insbesondere in die Mühle rückgeführt werden kann.
Besonders geringe Baumasse ergeben sich bei vertikaler Anordnung von Expansionsgefäss und nachgeschalteter Mühle. Die pneumatisch förderbaren Gemische lassen sich aber naturgemäss über Schlacken-Injektoren auch horizontal in entsprechende konventionelle Gegenstromstrahlmühlen einbringen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen für erfindungsgemässe Einrichtung näher erläutert.
In dieser zeigen Fig. 1 einen
Querschnitt durch einen Teil der Granuliereinrichtung, Fig. 2 einen Querschnitt durch einen
Schlackentundish mit als Zyklon ausgebildetem Expansionsgefäss, Fig. 3 eine abgewandelte Aus- bildung der Einrichtung nach Fig. 2 mit einem modifiziertem Expansionsgefäss, Fig. 4 eine horizontale Anordnung der Schlackengranuliereinrichtung mit an das Expansionsgefäss angeschlossener
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Gegenstrahlmühle teilweise im Schnitt, Fig. 5 eine Ausbildung mit koaxial zum Expansionsgefäss in vertikaler Richtung angeschlossener Strahlmühle teilweise im Schnitt, Fig. 6 eine abgewandelte Ausbildung, bei welcher in die Strahlmühlen zusätzlich Mahlströme eingebracht werden, Fig.
7 eine weitere abgewandelte Ausbildung der Einrichtung nach Fig. 5 mit als Schleuderrad ausgebildeten Prallfläche und Fig. 8 eine Draufsicht auf das Schleuderrad nach Fig. 7.
In Fig. 1 ist ein als Schlackentundish ausgebildeter Behälter für die Schlacke teilweise im Schnitt dargestellt und mit 1 bezeichnet. In den Boden des Schlackentundish 1 ist ein Auslassteil 2 aus entsprechend mechanisch und thermisch beständigem Material eingesetzt. In die Schlackenschmelze 3 wird über eine Hochdruckwasserlanze 4 ein Wasserstrahl 5 mit einem Druck von etwa 60 bis 100 bar in das Schlackenbad eingepresst, wobei im Bereich des Auslassteiles 2 eine "Wasser- bzw. Dampf-Seele" 6 ausgebildet wird und die Schlacke als Mantel 7 dieser "WasserSeele" ausgetragen wird. Der den Druckwasserstrahl ummantelnde Schlackenstrahl gelangt in ein schematisch mit 8 angedeutetes Expansionsgefäss, wobei der Innendruck der "Wasser-Seele" den Mantel aufweitet und zerreisst.
Im Bereich des Einlaufes in das Expansionsgefäss 8 sind zusätzliche Druckwasserdüsen 9 vorgesehen, wobei die Anspeisung über eine Ringleitung 10 erfolgt. Das Druckwasser bzw. der Wasserkegel wird auf den Mantel 7 des Schlackenstrahles gerichtet und bewirkt dort ein Zerteilen und weiteres Zerkleinern.
Der Hochdruckwasserstrahl bildet gleichzeitig ein Dichtungselement aus, welches die Dichtflächen im Bereich des Anschlusses des Auslasses 2 an das Expansionsgefäss 8 entlastet.
Bei der Darstellung nach Fig. 2 ist der vollständige Schlackentundish 1 ersichtlich, wobei an der tiefsten Stelle des Tundish, an welcher sich unterhalb der Schlackenschmelze ein Metallbad ansammeln kann, ein Düsenstein 11 angeordnet ist, über weichen Druckluft zur Oxidation von Resteisen eingeblasen werden kann. Zusätzlich zu derartiger Druckluft oder Luft-SauerstoffGemischen kann Inertgas eingepresst werden, um auf diese Weise eine weitestgehende Sättigung der Schlacke mit Gasen zu erzielen. Die Schlacke selbst kann über eine schematisch mit 12 angedeutete elektrische Beheizung schmelzflüssig gehalten werden. Die "Wasser-Seele" 6 führt beim Verdampfen zu einem explosionsartigen Aufweiten des Mantels und damit zu einer raschen Abkühlung und Zerkleinerung.
Die Zerkleinerungswirkung wird durch die mit abnehmender Temperatur und damit abnehmender Gaslöslichkeit explosionsartig auftretende Entmischung der gelösten Gase beschleunigt.
In das Expansionsgefäss 8 mündet weiters eine Sekundärdruckwasserlanze bzw. Düse 13, welche die desintegrierenden Partikel in eine rotierende Zyklonbewegung versetzen, sodass eine intensive Abkühlung über eine kurze Fallhöhe erzielt wird.
Das Dampf-Schlacken-Granulat-Gemisch mit einer Teilchengrösse von etwa 0, 1 mm wird über die Auslassöffnung 14 des Expansionsgefässes 8 abgezogen und kann unmittelbar einer Strahlmühle oder einer anderen weiteren Zerkleinerungsanlage aufgegeben werden.
Bei der Ausbildung nach Fig. 3 ist das Expansionsgefäss 8 nicht als Zyklon ausgebildet. Vielmehr wird Druckwasser über eine Ringleitung 15 eingespeist und nach Art eines Vorhanges 16 an die Wand des Expansionsgefässes 8 geführt. Im Bereich der Kollision mit den desintegrierenden
Partikeln wird hiebei ein Dampfpolster aufgebaut, sodass die Wände des Expansionsgefässes 8 wirkungsvoll gekühlt werden und gleichzeitig zusätzlicher Dampf zur Ausbildung einer pneumatisch förderbaren Mischung erzeugt wird. Das Dampf-Granulat-Gemisch wird über die Leitung 17 einer Zerkleinerungsanlage, beispielsweise einer Strahlmühle, aufgegeben.
Die Länge, über welcher der injizierte Hochdruckwasserstrahl 5 als "Wasser-Seele" in durch die Schlacke ummantelter Form vorliegt, ist in Fig. 3 mit a bezeichnet. Im Anschluss an diese
Strecke a erfolgt die rasche Verdampfung der "Wasser-Seele", wobei gleichzeitig intensiv, durch
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stützte Zerkleinerungswirkung ausgeübt wird.
Bei der Ausbildung nach Fig. 4 ist eine ringförmige Schmelzschlackenrinne 18 vorgesehen, an welche seitlich die Hochdruckwasserlanzen 4 angeschlossen sind. Ober die Hochdruckwasserlanzen 4 wird wiederum die Hochdruckwasserseele ausgebildet, wobei die Expansionsgefässe 8 einander diametral gegenüberliegend an eine Fliessbett- bzw. Wirbelschichtmühle angeschlossen sind. Die gegeneinander gerichteten Strahlen, enthaltend die Partikel und den gebildeten Dampf, werden nach Art einer Gegenstrahlmühle zu einem im Inneren der Mühle 19 liegenden Mahlpunkt
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20 geführt. Das gemahlene Gut wird über einen Sichter, dessen Sichterrad mit 21 bezeichnet ist, über die Achse des Rades 21, welche mit 22 bezeichnet ist, abgezogen, worauf in der Folge Dampf kondensiert wird.
Durch die Kondensation von Dampf ausserhalb der Mühle 19 kann das Druckniveau rasch abgesenkt werden, sodass die Zerkleinerungsleistung durch diese Druckminderung noch verbessert wird.
Im Bereich des Eintrittes in die Expansionsgefässe sind wiederum Ringleitungen 10 mit quer zum Schlackenstrahl orientierten Wasserdüsen angeordnet, wobei das Hochdruckwasser aus den Ringleitungen 10 den Schlackenmantel zerteilt und zerkleinert.
Bei der Ausbildung nach Fig. 5 ist in vertikaler Richtung koaxial zum Expansionsgefäss 8 eine Gegenstrahlmühle 23 vorgesehen, wobei dem in die Gegenstrahlmühle 23 von oben nach unten einströmenden Dampf-Partikel-Gemisch ein Gegenstrahl über eine Lanze 24 aus extern erzeugtem Dampf zugeführt wird. Die Austrittsöffnung des Expansionsgefässes 8 ist hiebei als 2-Phasen-Düse ausgebildet, wohingegen die Lanze 24 lediglich als 1-Phasen-Düse ausgebildet ist. Der Mahlpunkt ist wiederum mit 20 bezeichnet. Das Mahlgut wird wiederum über das Sichterrad 21 ausgetragen, wobei durch nachfolgende Dampfkondensation ausserhalb der Mühle 23 ein Druck im Inneren der Mühle 23 von weit unter einer Atmosphäre, beispielsweise 0, 3 bis 0, 75 bar, erzielt werden kann.
Die unter hoher Geschwindigkeit aufgrund des weit höheren Druckes einströmenden Gase bewirken hiebei eine intensive Vermahlung.
Bei der Ausbildung nach Fig. 6 mündet das Expansionsgefäss 8 wiederum in eine Gegenstrahlmühte 23, wobei hier durch die ausserhalb der Mühle vorgenommene Kondensation des Dampfes wiederum ein Unterdruck von etwa 0, 3 bis 0, 75 bar eingestellt wird. In die Gegenstrahlmühle 23 münden einander diametral gegenüberliegend Strahldüsen 25 und 26, wobei in die Strahldüse 26 Grobgut aus einer Grobgutabscheidung im Abscheider 27 zugeführt und in die Mühle rückgeführt wird. Im Anschluss an den Grobgutabscheider 27 ist wiederum ein konventioneller Sichter vorgesehen, wobei auch die ausserhalb der Mühle 23 vorgenommene Dampfkondensation der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Das Gas in der Mühle 23 besteht zu etwa 75 % Wasserdampf und etwa 25 % angesaugter Luft.
Der gewünschte Unterdruck in der Mühle 23 kann durch ein nicht dargestelltes Sauggebläse zusätzlich verringert werden.
Bei der Ausbildung nach Fig. 7 gelangt das Gas-Partikel-Gemisch aus dem Expansionsgefäss 8 in eine Prallmühle 28. Die Prallmühle kann eine stationäre Prallplatte oder aber, wie im Fall der Ausbildung nach Fig. 7, ein Schleuderrad mit einer Prallplatte 29 enthalten. Der Partikelstrom ver- setzt das Schleuderrad 29 in Bewegung, wobei die Partikel gegen eine Ringpanzerung 30 der
Mühle 28 geschleudert werden und weiter zerkleinert werden. Das Schleuderrad ist in der Drauf- sicht in Fig. 8 dargestellt und weist Flügel 31 auf, welche eine Drehrichtung 32 des Schleuderrades bewirken. An den Rotor kann somit beispielsweise ein Generator zur Erzeugung von Energie ange- schlossen werden, wobei mit dem Schleuderrad relativ hohe Umdrehungszahlen von 5. 000 bis
20. 000/min ohne weiteres erzielt werden können.
Alternativ zur Verwendung des Schleuderrades als Radialturbine kann für extreme Mahlfeinheiten das Schleuderrad mit einem Antrieb verbunden werden, wodurch der Aufprall-Impuls auf den ringförmigen Panzer des Mühlenmantels erhöht wird.
Das gemahlene Gut wird wiederum aus der Mühle 28 beispielsweise über eine Sichter abgezogen, wobei durch die nachfolgende Dampfkondensation im Inneren der Mühle 28 ein Druck auf etwa
0, 3 bar abgesenkt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Granulieren und Zerkleinern von flüssigen Schlacken, insbesondere Hoch- ofenschlacken mit Wasser bei welchem in die Schlacke ein Druckwasserstrahl (5) gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schlacke vor dem Ausbringen mit dem Druck- wasserstrahl (5) Gase, insbesondere Oz, Luft und/oder Sauerstoff-Inertgasgemische gelöst werden, wobei Eisenanteile der Schlacke quantitativ oxidiert werden, die Schlacke mit dem
Druck des Druckwassers über eine Schlackenöffnung ausgepresst wird und als Mantel (7) des Druckwasserstrahles ausgestossen wird.
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The invention relates to a method for granulating and comminuting liquid slags, in particular blast furnace slags, with water and a device for carrying out this method comprising a slag container for liquid slag which has an outlet opening for the liquid slag.
A method for granulating and comminuting molten material is described, for example, in AT-B 400 140. In this known procedure, melt was introduced into a mixing chamber under pressure, pressurized water vapor or water-steam mixtures being injected into the mixing chamber. An education for the implementation of this procedure comprised a multi-component nozzle, whereby due to the rapid expansion a pressure was built up which led to the ejection of the solidified particles via a diffuser.
The kinetic energy of the particles was used for comminution, for which purpose, for example, baffle plates were arranged after the diffuser or the exit jet of the diffuser was directed against the exit jet of another diffuser
In addition to water granulation, processes have already been proposed in which the slags have been spread to a small slag height or thickness and have been solidified with air or compressed air.
With these known methods, granules with grain sizes of about 2 to 6 mm have been obtained, provided that the plant engineering outlay and in particular the size of the plant should not increase disproportionately. Different types of mills and in particular jet milling have already been proposed for the further size reduction of the material. A prerequisite for the use of jet mills, however, is that the granulate is in a pneumatically conveyable form.
In Austrian application A 1826/97 it was already proposed to convey the liquid slag through a slag atomizer in which the liquid slag was pressurized with pressurized water. The liquid slag came freely from a pressure-resistant space into the area of the slag atomizer and was granulated by essentially radially directed pressurized water. The granules produced in this way were conveyed directly into a countercurrent mill together with steam and, if appropriate, additional steam or additional propellant gases. Even after such training, the actual comminution work was carried out in the mill, the liquid slag having to be introduced into a pressure-tightly closable container before it can be brought into the pelletizing direction in the free jet.
The invention now aims to further develop a device of the type mentioned at the outset in such a way that the handling of the slag is considerably simplified and that it can be found to be sufficient with conventional devices in the area of the slag application.
At the same time, the method according to the invention aims to ensure high comminution performance in a small space already during the granulation, and to create a granulate which can be ground or comminuted with less additional energy than would be the case with conventional granules.
To achieve this object, the method according to the invention essentially consists in that a pressurized water jet is directed into the slag and the slag is expelled as a jacket of the pressurized water jet. The fact that the slag is present in a slag channel or slag pan without prior introduction into a pressure-resistant vessel makes the handling of the slag essentially easier in comparison to known proposals, with the fact that the slag coaxial with the slag exit from the slag container a pressurized water jet is injected, the water jet is immersed in the slag jet over a distance corresponding to the pressure of, for example, about 0.5 to 1.5 m.
In this way, a kind of "water soul" is formed over the water jet penetration path, the evaporation of this water soul occurring with a short delay, which is sufficient to discharge the jet coated with solidifying or at least partially solidified slag.
Relatively low mechanical requirements are placed on such a discharge, and the slag outlet can be made much simpler in comparison to complicated multi-component nozzles. Immediately after the discharge of the slag jet applied with a "water soul", boiling and the sudden, explosive evaporation of the water begin, the kinetics of the water jet penetrating being relatively high
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Counterpressure overcomes. With the explosion-like expansion of the jet at temperatures of around 800 to 12000C, a high degree of comminution is ensured while the granulate solidifies at the same time.
The effect according to the invention can be further improved in that, as corresponds to a preferred embodiment of the method according to the invention, gases, in particular oz, air and / or oxygen-inert gas mixtures, are dissolved in the slag before being discharged with the pressurized water jet and that iron contents of the slag are quantified be oxidized. Blast furnace slag to be granulated generally has a low residual pig iron content which, if the process is carried out correctly, is below 0.5% by weight. If the blast furnace operation is improperly managed, the pig iron content can increase up to 5% by weight. The oxidation of iron components by oxygen or
Air reduces the risk of explosions due to the formation of hydrogen gas, with the solubility of gases in the slag and, in particular, the saturation of the slag with gases resulting in a significant improvement in the size reduction effect. The solubility of gases decreases sharply with falling slag temperature, so that in the area of sudden cooling by the pressurized water jet an explosive separation of the dissolved gases due to the falling slag temperature and thus the rapid decrease in the saturation concentration of gases in the liquid slag is observed. The gases released in this way from the solidifying slag expand violently due to the relatively high temperatures, as a result of which an improved disintegration of the slag particles is observed.
For example, at ambient pressure and 1000oC, such a release of dissolved air results in about 11.2 m3 air or nitrogen / t slag, whereby the internal slag gas pressure can presumably be a few 100 bar to over 1000 bar. Overall, a slag particle size of consistently less than 0.1 mm is achieved in this way, with such a slag being able to be further crushed with less effort and lower energy consumption due to its porosity due to the suddenly released and originally dissolved gases.
The process according to the invention is advantageously carried out in such a way that the pressurized water is introduced at a pressure of 35 to 160 bar. In this way it is ensured that the "water-soul" is formed over a length which is sufficient for the jacketed jet to leave the outlet part of the slag container or a slag tundish safely and for the outlet part to be protected against excessive mechanical stress.
A further improvement in the size reduction effect and the granulation can be achieved in that the solidified jacket of the slag surrounding the pressurized water jet is cut or split with further pressurized water.
In principle, a pneumatically conveyable mixture can be achieved directly by the procedure according to the invention, so that following the expansion of the slag particles by collecting these slag particles together with the expanding gases in a expansion vessel, a mixture is provided which can be introduced directly into gas counterflow mills and a further comminution could be fed. The steam that forms is used as the propellant gas together with the gases that are created by degassing and were originally dissolved in the slag. Especially when using additional pressurized water jets for cutting or
Splitting the jet also makes the sealing problem between a connected expansion vessel and a slag tundish particularly easy, since here a seal can be formed in the manner of a pneumatic seal and remaining leaks as throttle cross sections, taking into account the high pressures, enable efficient sealing.
The device according to the invention for granulating liquid slags, in particular blast furnace slags, with water, with a slag container for liquid slag, which has an outlet opening for the liquid slag, is essentially characterized in that a lance opens into the axis of the slag outlet opening, so that the liquid Slag is expelled with pressurized water or steam introduced via the lance. The lance provided for introducing pressurized water can be designed as a nozzle lance, it only being necessary to feed the pressurized water in such a way that the “water soul” mentioned at the outset is formed in the area of the slag outlet.
This can be achieved in a particularly simple manner in that the slag tundish has a tubular, possibly
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interchangeable, outlet part with the slag outlet opening.
For the greatest possible saturation of the liquid slag with gases and for the quantitative oxidation of residual iron, the design is advantageously made such that the slag container is designed as a slag tundish and that nozzles for air, oxygen and / or oxygen / inert gas mixtures are provided at the lowest point of the slag tundish.
To further comminute and increase the cooling rate, ring nozzles can be provided in a particularly advantageous manner on the tubular outlet part for injecting water and / or steam in a direction inclined radially or to the axis of the tubular part in the direction of the outlet end.
A further improvement in the cooling parameters and the comminution effect can be achieved by connecting an expansion vessel to the outlet part, further nozzles for introducing water or steam opening in the radial and / or tangential direction preferably opening into the expansion vessel. Such nozzles opening into an expansion vessel can serve in the event of a junction in the radial direction directly for further comminution and cutting up the slag jet, a kind of cyclone effect being able to be exerted on the junction of the additional nozzles in the tangential direction, as a result of which the available reaction space for the Cooling can be better used.
The consequence of this is that the overall device can be built smaller, and yet the desired cooling is ensured to the extent required.
The discharge opening of the expansion vessel is connected to a mill in a particularly simple manner for further comminution, the downstream mill coaxially with the outlet opening of the expansion vessel having a rotor designed as a centrifugal wheel, an impact plate or a counterflow nozzle for steam and / or regrind.
It has been shown in comparative experiments that a slag which is suddenly degassed in the manner according to the invention requires a significantly lower specific grinding work than non-gas-treated slag. With a target fineness of around 6500 Blaine, for example, a "gas-free" slag requires a specific grinding work of approx. 120 KWh / slag. The slag which is initially saturated with gas and subsequently degassed in the manner according to the invention requires less than 50 KWh / slag for the same fineness.
Surprisingly, it was also found that in the case of mixed cement when using about 60% by weight of slag and 40% by weight of clinker and gypsum, the slag granulated and comminuted in the process according to the invention leads to increased initial strength compared to conventionally granulated slag.
In view of the high pressures that arise during expansion, a large part of the pressure can subsequently be reduced in countercurrent mills. Jet mills are thus a preferred variant of the use of the granules produced according to the invention, it being possible for additional measures to be taken to recover energy in the context of such jet mills. In particular, it is possible to work in the grinding chamber under subatmospheric pressure if the water vapor introduced is condensed externally, as a result of which the rapid pressure reduction can be achieved. In addition to the use of baffle plates, as mentioned above, the design of the baffle surface as a blast wheel is particularly advantageous, wherein the rotor, which is designed as a blast wheel, can in turn be used to generate energy.
The remaining top grain size, if any, can be separated off, for example, using a classifier or a cyclone, and coarse grain can be returned to the process and in particular to the mill.
Particularly small dimensions result from the vertical arrangement of the expansion vessel and the downstream mill. Naturally, the pneumatically conveyable mixtures can also be introduced horizontally into corresponding conventional countercurrent jet mills using slag injectors
The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments schematically shown in the drawing for the device according to the invention.
1 shows a
Cross section through part of the granulating device, Fig. 2 shows a cross section through a
Slag tundish with an expansion vessel designed as a cyclone, FIG. 3 shows a modified embodiment of the device according to FIG. 2 with a modified expansion vessel, FIG. 4 shows a horizontal arrangement of the slag granulating device with a connection to the expansion vessel
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Counter jet mill partially in section, FIG. 5 shows an embodiment with a jet mill connected coaxially to the expansion vessel in the vertical direction, partially in section, FIG. 6 shows a modified embodiment in which additional grinding flows are introduced into the jet mills, FIG.
7 shows a further modified embodiment of the device according to FIG. 5 with a baffle formed as a centrifugal wheel, and FIG. 8 shows a plan view of the centrifugal wheel according to FIG. 7.
In Fig. 1 is designed as a slag tundish container for the slag partially shown in section and designated 1. In the bottom of the slag tundish 1 there is an outlet part 2 made of a correspondingly mechanically and thermally resistant material. A water jet 5 with a pressure of about 60 to 100 bar is pressed into the slag bath 3 via a high-pressure water lance 4, a "water or steam core" 6 being formed in the region of the outlet part 2 and the slag as a jacket 7 this "water soul" is carried out. The slag jet encasing the pressurized water jet arrives in an expansion vessel indicated schematically by 8, the internal pressure of the "water soul" expanding and tearing the jacket.
Additional pressurized water nozzles 9 are provided in the area of the inlet into the expansion vessel 8, the feed being effected via a ring line 10. The pressurized water or the water cone is directed onto the jacket 7 of the slag jet and causes it to be broken up and further crushed.
The high-pressure water jet simultaneously forms a sealing element, which relieves the sealing surfaces in the area of the connection of the outlet 2 to the expansion vessel 8.
2, the complete slag tundish 1 can be seen, a nozzle block 11 being arranged at the deepest point of the tundish, at which a metal bath can accumulate below the slag melt, can be blown in via soft compressed air to oxidize residual iron. In addition to such compressed air or air-oxygen mixtures, inert gas can be injected in order to achieve the greatest possible saturation of the slag with gases. The slag itself can be kept molten by means of an electrical heating system, indicated schematically by 12. The "water soul" 6 leads to an explosive expansion of the jacket during evaporation and thus to rapid cooling and comminution.
The shredding effect is accelerated by the segregation of the dissolved gases, which occurs explosively with decreasing temperature and thus decreasing gas solubility.
A secondary pressure water lance or nozzle 13 also opens into the expansion vessel 8 and sets the disintegrating particles in a rotating cyclone movement, so that intensive cooling is achieved over a short drop height.
The steam-slag granulate mixture with a particle size of approximately 0.1 mm is drawn off via the outlet opening 14 of the expansion vessel 8 and can be fed directly to a jet mill or another further comminution system.
3, the expansion vessel 8 is not designed as a cyclone. Rather, pressurized water is fed in via a ring line 15 and guided to the wall of the expansion vessel 8 in the manner of a curtain 16. In the area of collision with the disintegrating
Particles are hereby built up in a vapor cushion, so that the walls of the expansion vessel 8 are effectively cooled and at the same time additional steam is generated to form a pneumatically conveyable mixture. The steam-granulate mixture is fed via line 17 to a comminution system, for example a jet mill.
The length over which the injected high-pressure water jet 5 is present as a “water soul” in the form covered by the slag is denoted by a in FIG. 3. Following this
Section a is the rapid evaporation of the "water soul", while at the same time intensely through
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supported crushing effect is exerted.
4, an annular melt slag channel 18 is provided, to which the high pressure water lances 4 are connected laterally. The high-pressure water core is in turn formed via the high-pressure water lances 4, the expansion vessels 8 being connected diametrically opposite one another to a fluidized-bed or fluidized-bed mill. The jets directed against one another, containing the particles and the steam formed, become, in the manner of a counter-jet mill, a grinding point located inside the mill 19
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20 led. The ground material is drawn off via a classifier, the classifying wheel of which is designated by 21, via the axis of the wheel 21 which is designated by 22, whereupon steam is condensed.
Due to the condensation of steam outside the mill 19, the pressure level can be quickly lowered, so that the shredding performance is further improved by this pressure reduction.
In the area of the entry into the expansion vessels, in turn, ring lines 10 are arranged with water nozzles oriented transversely to the slag jet, the high-pressure water from the ring lines 10 dividing and crushing the slag jacket.
In the embodiment according to FIG. 5, a counter jet mill 23 is provided in the vertical direction coaxially with the expansion vessel 8, a counter jet being fed into the counter jet mill 23 from top to bottom via a lance 24 of externally generated steam. The outlet opening of the expansion vessel 8 is designed as a 2-phase nozzle, whereas the lance 24 is designed only as a 1-phase nozzle. The grinding point is again designated 20. The regrind is in turn discharged via the classifier wheel 21, and subsequent steam condensation outside the mill 23 can achieve a pressure inside the mill 23 of far below one atmosphere, for example 0.3 to 0.75 bar.
The gases flowing in at high speed due to the much higher pressure cause intensive grinding.
In the embodiment according to FIG. 6, the expansion vessel 8 again opens into a counter-jet mill 23, a negative pressure of approximately 0.3 to 0.75 bar being set here again by the condensation of the steam outside the mill. In the counter-jet mill 23, diametrically opposed jet nozzles 25 and 26 open, wherein coarse material from a coarse material separation in the separator 27 is fed into the jet nozzle 26 and returned to the mill. Following the coarse material separator 27, a conventional sifter is again provided, the steam condensation carried out outside the mill 23 also not being shown for the sake of clarity. The gas in the mill 23 consists of about 75% water vapor and about 25% of the air drawn in.
The desired negative pressure in the mill 23 can be additionally reduced by a suction fan (not shown).
In the embodiment according to FIG. 7, the gas-particle mixture passes from the expansion vessel 8 into an impact mill 28. The impact mill can contain a stationary impact plate or, as in the case of the embodiment according to FIG. 7, a centrifugal wheel with an impact plate 29. The particle stream sets the centrifugal wheel 29 in motion, the particles against a ring armor 30
Mill 28 are thrown and further crushed. The top view of the centrifugal wheel is shown in FIG. 8 and has vanes 31 which cause a direction of rotation 32 of the centrifugal wheel. Thus, for example, a generator for generating energy can be connected to the rotor, with the centrifugal wheel making relatively high speeds of 5,000 to
20. 000 / min can be easily achieved.
As an alternative to using the centrifugal wheel as a radial turbine, the centrifugal wheel can be connected to a drive for extreme fineness of grinding, which increases the impact impulse on the ring-shaped shell of the mill shell.
The ground material is in turn drawn off from the mill 28, for example via a classifier, the pressure in the interior of the mill 28 resulting from the subsequent steam condensation
0, 3 bar can be lowered.
PATENT CLAIMS:
1. A method for granulating and comminuting liquid slags, in particular blast furnace slags with water, in which a pressurized water jet (5) is directed into the slag, characterized in that gases in the slag before being discharged with the pressurized water jet (5), in particular oz, air and / or oxygen-inert gas mixtures are dissolved, iron portions of the slag being oxidized quantitatively, the slag with the
Pressure of the pressurized water is pressed out through a slag opening and is expelled as a jacket (7) of the pressurized water jet.